JP3433745B2 - 三次元形状造形物の製造方法及び製造装置 - Google Patents
三次元形状造形物の製造方法及び製造装置Info
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- JP3433745B2 JP3433745B2 JP2001363732A JP2001363732A JP3433745B2 JP 3433745 B2 JP3433745 B2 JP 3433745B2 JP 2001363732 A JP2001363732 A JP 2001363732A JP 2001363732 A JP2001363732 A JP 2001363732A JP 3433745 B2 JP3433745 B2 JP 3433745B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は粉末材料を光ビーム
で焼結硬化させることで三次元形状造形物を製造する三
次元形状造形物の製造方法及びその装置に関するもので
ある。
で焼結硬化させることで三次元形状造形物を製造する三
次元形状造形物の製造方法及びその装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】光造形法として知られている三次元形状
造形物の製造方法がある。特許第２６２０３５３号など
に示された該製造方法は、無機質あるいは有機質の粉末
材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉
末を焼結することで焼結層を形成し、この焼結層の上に
粉末材料の新たな層を被覆して該粉末層の所定箇所に光
ビームを照射して該当個所の粉末を焼結することで下層
の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成するという
ことを繰り返すことで、複数の焼結層が積層一体化され
た粉末焼結部品（三次元形状造形物）を作成するもので
あり、三次元形状造形物の設計データ（ＣＡＤデータ）
であるモデルを所望の層厚みにスライスして生成する各
層の断面形状データをもとに光ビームを照射することか
ら、いわゆるＣＡＭ装置が無くとも任意形状の三次元形
状造形物を製造することができるほか、切削加工などに
よる製造方法に比して、迅速に所望の形状の造形物を得
ることができる。
造形物の製造方法がある。特許第２６２０３５３号など
に示された該製造方法は、無機質あるいは有機質の粉末
材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉
末を焼結することで焼結層を形成し、この焼結層の上に
粉末材料の新たな層を被覆して該粉末層の所定箇所に光
ビームを照射して該当個所の粉末を焼結することで下層
の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成するという
ことを繰り返すことで、複数の焼結層が積層一体化され
た粉末焼結部品（三次元形状造形物）を作成するもので
あり、三次元形状造形物の設計データ（ＣＡＤデータ）
であるモデルを所望の層厚みにスライスして生成する各
層の断面形状データをもとに光ビームを照射することか
ら、いわゆるＣＡＭ装置が無くとも任意形状の三次元形
状造形物を製造することができるほか、切削加工などに
よる製造方法に比して、迅速に所望の形状の造形物を得
ることができる。
【０００３】ところで、光ビームを照射して焼結硬化さ
せた部分の周囲には伝達された熱が原因となって不要な
粉末が付着するものであり、該付着粉末は密度の低い表
面層を造形物に形成してしまう。この密度の低い表面層
を除去して滑らかな表面の三次元形状造形物を得るため
に、本出願人は特願２０００−３０６５４６において、
焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面部及
びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結層の
作成工程中に挿入することを提案した。この場合、焼結
層の作成と造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を
繰り返し行うことで、仕上げにドリル長などの制約を受
けることなく表面を仕上げることができる。
せた部分の周囲には伝達された熱が原因となって不要な
粉末が付着するものであり、該付着粉末は密度の低い表
面層を造形物に形成してしまう。この密度の低い表面層
を除去して滑らかな表面の三次元形状造形物を得るため
に、本出願人は特願２０００−３０６５４６において、
焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面部及
びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結層の
作成工程中に挿入することを提案した。この場合、焼結
層の作成と造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を
繰り返し行うことで、仕上げにドリル長などの制約を受
けることなく表面を仕上げることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記除去工程
を挿入した場合、次の新たな問題が生じる。すなわち、
図８に示すように、昇降テーブル２０上面の造形用ベー
ス２２表面に無機質または有機質の粉末材料を供給して
ブレード２１でならすことで第１層目の粉末層１０を形
成し、この粉末層１０の硬化させたい箇所に光ビーム
（レーザー）Ｌを照射して粉末を焼結させてベース２２
と一体化した焼結層１１を形成した後、昇降テーブル２
０を少し（Δｔ１）下げて再度無機質または有機質の粉
末材料を供給してブレード２１でならすことで第２層目
の粉末層１０を形成し、この粉末層１０の硬化させたい
箇所に光ビーム（レーザー）Ｌを照射して粉末を焼結さ
せて下層の焼結層１１と一体化した焼結層１１を形成す
るということを複数回繰り返し、焼結層１１の全厚みが
たとえば除去手段であるミーリングヘッド４１の工具長
さなどから求めた所要の値になれば、除去手段を作動さ
せてそれまでに造形した造形物の表面部を切削すること
で、造形物表面に高密度部を全面的に露出させると、図
９に示すようにこの造形物の周囲（内周切削も行う場合
は内周も含む）に溝１２が生じる。
を挿入した場合、次の新たな問題が生じる。すなわち、
図８に示すように、昇降テーブル２０上面の造形用ベー
ス２２表面に無機質または有機質の粉末材料を供給して
ブレード２１でならすことで第１層目の粉末層１０を形
成し、この粉末層１０の硬化させたい箇所に光ビーム
（レーザー）Ｌを照射して粉末を焼結させてベース２２
と一体化した焼結層１１を形成した後、昇降テーブル２
０を少し（Δｔ１）下げて再度無機質または有機質の粉
末材料を供給してブレード２１でならすことで第２層目
の粉末層１０を形成し、この粉末層１０の硬化させたい
箇所に光ビーム（レーザー）Ｌを照射して粉末を焼結さ
せて下層の焼結層１１と一体化した焼結層１１を形成す
るということを複数回繰り返し、焼結層１１の全厚みが
たとえば除去手段であるミーリングヘッド４１の工具長
さなどから求めた所要の値になれば、除去手段を作動さ
せてそれまでに造形した造形物の表面部を切削すること
で、造形物表面に高密度部を全面的に露出させると、図
９に示すようにこの造形物の周囲（内周切削も行う場合
は内周も含む）に溝１２が生じる。
【０００５】従って、粉末材料の供給（たとえば図１０
に示すように昇降テーブル２０を一段下げるとともに材
料タンク１５における材料供給テーブル１３を一段上昇
させ、材料タンク１５の粉末材料をブレード２１で造形
タンク２５側に移動させるとともに均す）を行う時、除
去工程では図９に示すように溝１２が形成されてしまう
ために、この直後では溝１２の存在のために粉末材料が
不足し、図１１に示すようにそれまでに焼結させた焼結
層１１を完全に被覆することができず、このために次の
焼結層１１に欠陥部が生じてしまう。また、上記除去工
程のたびに不足分が蓄積されていくことから、上記欠陥
部は次第に大きくなっていき、目的とする三次元形状造
形物を得られなくなってしまう。
に示すように昇降テーブル２０を一段下げるとともに材
料タンク１５における材料供給テーブル１３を一段上昇
させ、材料タンク１５の粉末材料をブレード２１で造形
タンク２５側に移動させるとともに均す）を行う時、除
去工程では図９に示すように溝１２が形成されてしまう
ために、この直後では溝１２の存在のために粉末材料が
不足し、図１１に示すようにそれまでに焼結させた焼結
層１１を完全に被覆することができず、このために次の
焼結層１１に欠陥部が生じてしまう。また、上記除去工
程のたびに不足分が蓄積されていくことから、上記欠陥
部は次第に大きくなっていき、目的とする三次元形状造
形物を得られなくなってしまう。
【０００６】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは滑らかな表面の造形
物を確実に得ることができる三次元形状造形物の製造方
法及びその装置を提供するにある。
であって、その目的とするところは滑らかな表面の造形
物を確実に得ることができる三次元形状造形物の製造方
法及びその装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】しかして本発明に係る三
次元形状造形物の製造方法は、無機質あるいは有機質の
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所
の粉末を焼結することで焼結層を形成し、この焼結層の
上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビーム
を照射して該当個所の粉末を焼結することで下層の焼結
層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返
して、複数の焼結層が積層一体化された粉末焼結部品を
作成するにあたり、焼結層の形成後にそれまでに作成し
た造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う工程
を複数回の焼結層の作成工程中に挿入するとともに、該
除去工程の直後の粉末材料の新たな層の形成に際しての
粉末材料の供給量を、除去に際しての切削長から増量分
を演算して該演算結果に基づいて増量することに特徴を
有している。除去工程によって造形物周囲に溝ができて
も、この溝は不足分に応じて増量された粉末材料で埋め
られるために次の新しい粉末層が全面にわたって均一に
形成されるものである。
次元形状造形物の製造方法は、無機質あるいは有機質の
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所
の粉末を焼結することで焼結層を形成し、この焼結層の
上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビーム
を照射して該当個所の粉末を焼結することで下層の焼結
層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返
して、複数の焼結層が積層一体化された粉末焼結部品を
作成するにあたり、焼結層の形成後にそれまでに作成し
た造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う工程
を複数回の焼結層の作成工程中に挿入するとともに、該
除去工程の直後の粉末材料の新たな層の形成に際しての
粉末材料の供給量を、除去に際しての切削長から増量分
を演算して該演算結果に基づいて増量することに特徴を
有している。除去工程によって造形物周囲に溝ができて
も、この溝は不足分に応じて増量された粉末材料で埋め
られるために次の新しい粉末層が全面にわたって均一に
形成されるものである。
【０００８】
【０００９】また本発明は、無機質あるいは有機質の粉
末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の
粉末を焼結することで焼結層を形成し、この焼結層の上
に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを
照射して該当個所の粉末を焼結することで下層の焼結層
と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返し
て、複数の焼結層が積層一体化された粉末焼結部品を作
成するにあたり、焼結層の形成後にそれまでに作成した
造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う工程を
複数回の焼結層の作成工程中に挿入するとともに、該除
去工程の直後の粉末材料の新たな層の形成に際しての粉
末材料の供給量を、除去に際しての切削長から演算した
増量分に基づいて決定した繰り返し回数だけ粉末材料の
供給被覆を繰り返して増量することに他の特徴を有して
いる。
末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の
粉末を焼結することで焼結層を形成し、この焼結層の上
に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを
照射して該当個所の粉末を焼結することで下層の焼結層
と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返し
て、複数の焼結層が積層一体化された粉末焼結部品を作
成するにあたり、焼結層の形成後にそれまでに作成した
造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う工程を
複数回の焼結層の作成工程中に挿入するとともに、該除
去工程の直後の粉末材料の新たな層の形成に際しての粉
末材料の供給量を、除去に際しての切削長から演算した
増量分に基づいて決定した繰り返し回数だけ粉末材料の
供給被覆を繰り返して増量することに他の特徴を有して
いる。
【００１０】また本発明は、無機質あるいは有機質の粉
末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の
粉末を焼結することで焼結層を形成し、この焼結層の上
に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを
照射して該当個所の粉末を焼結することで下層の焼結層
と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返し
て、複数の焼結層が積層一体化された粉末焼結部品を作
成するにあたり、焼結層の形成後にそれまでに作成した
造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う工程を
複数回の焼結層の作成工程中に挿入するとともに、該除
去工程の直後の粉末材料の新たな層の形成に際しての粉
末材料の供給量を、粉末層の表面状態を監視して該監視
結果に基づいて決定される繰り返し回数だけ粉末材料の
供給被覆を繰り返して増量することに他の特徴を有して
いる。
末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の
粉末を焼結することで焼結層を形成し、この焼結層の上
に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを
照射して該当個所の粉末を焼結することで下層の焼結層
と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返し
て、複数の焼結層が積層一体化された粉末焼結部品を作
成するにあたり、焼結層の形成後にそれまでに作成した
造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う工程を
複数回の焼結層の作成工程中に挿入するとともに、該除
去工程の直後の粉末材料の新たな層の形成に際しての粉
末材料の供給量を、粉末層の表面状態を監視して該監視
結果に基づいて決定される繰り返し回数だけ粉末材料の
供給被覆を繰り返して増量することに他の特徴を有して
いる。
【００１１】また、本発明に係る三次元形状造形物の製
造装置は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層を形成
する粉末層形成手段と、上記粉末層の所定箇所に光ビー
ムを照射して該当個所の粉末を焼結して焼結層を形成す
る焼結層形成手段と、焼結層形成手段と焼結層との相対
距離を調整する調整手段とを備えるとともに、造形物の
表面部及びまたは不要部分の除去を行う除去手段と、粉
末層の表面状態を監視して監視結果に基づいて粉末材料
の供給を制御する監視手段とを備えていることに特徴を
有している。
造装置は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層を形成
する粉末層形成手段と、上記粉末層の所定箇所に光ビー
ムを照射して該当個所の粉末を焼結して焼結層を形成す
る焼結層形成手段と、焼結層形成手段と焼結層との相対
距離を調整する調整手段とを備えるとともに、造形物の
表面部及びまたは不要部分の除去を行う除去手段と、粉
末層の表面状態を監視して監視結果に基づいて粉末材料
の供給を制御する監視手段とを備えていることに特徴を
有している。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下本発明を実施の形態の一例に
基づいて詳述すると、図２は本発明に係る三次元形状造
形物の製造装置を示しており、造形タンク２５で外周が
囲まれた空間内を上下に昇降する昇降テーブル２０上に
供給した無機質あるいは有機質の粉末材料をスキージン
グ用ブレード２１でならすことで所定厚みΔｔ１の粉末
層１０を形成する粉末層形成手段２と、レーザー発振器
３０から出力されたレーザーをガルバノミラー３１等の
スキャン光学系を介して上記粉末層１０に照射すること
で粉末を焼結して焼結層１１を形成する焼結層形成手段
３を備えるとともに、上記粉末層形成手段２のベース部
にＸＹ駆動機構（高速化の点で直動リニアモータ駆動の
ものが好ましい）４０を介してミーリングヘッド４１を
設けた除去手段４を備えている。
基づいて詳述すると、図２は本発明に係る三次元形状造
形物の製造装置を示しており、造形タンク２５で外周が
囲まれた空間内を上下に昇降する昇降テーブル２０上に
供給した無機質あるいは有機質の粉末材料をスキージン
グ用ブレード２１でならすことで所定厚みΔｔ１の粉末
層１０を形成する粉末層形成手段２と、レーザー発振器
３０から出力されたレーザーをガルバノミラー３１等の
スキャン光学系を介して上記粉末層１０に照射すること
で粉末を焼結して焼結層１１を形成する焼結層形成手段
３を備えるとともに、上記粉末層形成手段２のベース部
にＸＹ駆動機構（高速化の点で直動リニアモータ駆動の
ものが好ましい）４０を介してミーリングヘッド４１を
設けた除去手段４を備えている。
【００１３】このものにおける三次元形状造形物の製造
は、前記従来例と同じく、図８に示すように、焼結層形
成手段３と焼結層との相対距離を調整する調整手段であ
るところの昇降テーブル２０上面の造形用ベース２２表
面に無機質または有機質の粉末材料を供給してブレード
２１でならすことで第１層目の粉末層１０を形成し、こ
の粉末層１０の硬化させたい箇所に光ビーム（レーザ
ー）Ｌを照射して粉末を焼結させてベース２２と一体化
した焼結層１１を形成する。
は、前記従来例と同じく、図８に示すように、焼結層形
成手段３と焼結層との相対距離を調整する調整手段であ
るところの昇降テーブル２０上面の造形用ベース２２表
面に無機質または有機質の粉末材料を供給してブレード
２１でならすことで第１層目の粉末層１０を形成し、こ
の粉末層１０の硬化させたい箇所に光ビーム（レーザ
ー）Ｌを照射して粉末を焼結させてベース２２と一体化
した焼結層１１を形成する。
【００１４】この後、昇降テーブル２０を少し下げて再
度無機質または有機質の粉末材料を供給してブレード２
１でならすことで第２層目の粉末層１０を形成し、この
粉末層１０の硬化させたい箇所に光ビーム（レーザー）
Ｌを照射して粉末を焼結させて下層の焼結層１１と一体
化した焼結層１１を形成するものであり、昇降テーブル
２０を下降させて新たな粉末層１０を形成し、光ビーム
を照射して所要箇所を焼結層１１とする工程を繰り返す
ことで、目的とする三次元形状造形物を製造するもので
あり、たとえば、粉末材料として平均粒径約２０μｍの
球形の鉄粉、光ビームとしては炭酸ガスレーザー、粉末
層１０の厚みΔｔ１としては０．０５ｍｍが好適であ
る。
度無機質または有機質の粉末材料を供給してブレード２
１でならすことで第２層目の粉末層１０を形成し、この
粉末層１０の硬化させたい箇所に光ビーム（レーザー）
Ｌを照射して粉末を焼結させて下層の焼結層１１と一体
化した焼結層１１を形成するものであり、昇降テーブル
２０を下降させて新たな粉末層１０を形成し、光ビーム
を照射して所要箇所を焼結層１１とする工程を繰り返す
ことで、目的とする三次元形状造形物を製造するもので
あり、たとえば、粉末材料として平均粒径約２０μｍの
球形の鉄粉、光ビームとしては炭酸ガスレーザー、粉末
層１０の厚みΔｔ１としては０．０５ｍｍが好適であ
る。
【００１５】光ビームの照射経路は、予め三次元ＣＡＤ
データから作成しておく。すなわち、従来のものと同様
に、三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬデータを等
ピッチ（ここでは０．０５ｍｍ）でスライスした各断面
の輪郭形状データを用いる。この時、三次元形状造形物
の少なくとも最表面が高密度（気孔率５％以下）となる
ように焼結させることができるように光ビームの照射を
行うのが好ましい。
データから作成しておく。すなわち、従来のものと同様
に、三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬデータを等
ピッチ（ここでは０．０５ｍｍ）でスライスした各断面
の輪郭形状データを用いる。この時、三次元形状造形物
の少なくとも最表面が高密度（気孔率５％以下）となる
ように焼結させることができるように光ビームの照射を
行うのが好ましい。
【００１６】そして、上記粉末層１０を形成しては光ビ
ームを照射して焼結層１１を形成するということを繰り
返していくのであるが、焼結層１１の全厚みがたとえば
除去手段４におけるミーリングヘッド４１の工具長さな
どから求めた所要の値になれば、いったん除去手段４を
作動させてそれまでに造形した造形物の表面部を切削す
る。たとえば、ミーリングヘッド４１の工具（ボールエ
ンドミル）が直径１ｍｍ、有効刃長３ｍｍで深さ３ｍｍ
の切削加工が可能であり、粉末層１０の厚みΔｔ１が
０．０５ｍｍであるならば、６０層の焼結層１１を形成
した時点で、除去手段４を作動させる。
ームを照射して焼結層１１を形成するということを繰り
返していくのであるが、焼結層１１の全厚みがたとえば
除去手段４におけるミーリングヘッド４１の工具長さな
どから求めた所要の値になれば、いったん除去手段４を
作動させてそれまでに造形した造形物の表面部を切削す
る。たとえば、ミーリングヘッド４１の工具（ボールエ
ンドミル）が直径１ｍｍ、有効刃長３ｍｍで深さ３ｍｍ
の切削加工が可能であり、粉末層１０の厚みΔｔ１が
０．０５ｍｍであるならば、６０層の焼結層１１を形成
した時点で、除去手段４を作動させる。
【００１７】除去手段４による切削加工により、造形物
の表面に付着した粉末による低密度表面層を除去すると
同時に、高密度部まで削り込むことによって造形物表面
に高密度部を全面的に露出させる。このために所望の形
状よりも焼結層１１が少し大きくなるようにしておく。
の表面に付着した粉末による低密度表面層を除去すると
同時に、高密度部まで削り込むことによって造形物表面
に高密度部を全面的に露出させる。このために所望の形
状よりも焼結層１１が少し大きくなるようにしておく。
【００１８】除去手段４による切削加工経路は、光ビー
ムの照射経路と同様に予め三次元ＣＡＤデータから作成
する。この時、等高線加工を適用して加工経路を決定す
るが、Ｚ方向ピッチは焼結時の積層ピッチにこだわる必
要はなく、緩い傾斜の場合はＺ方向ピッチをより細かく
して補間することで、滑らかな表面を得られるようにし
てもよい。たとえば、切削加工を直径１ｍｍのボールエ
ンドミルで行う場合、切り込み量を０．１〜０．５ｍ
ｍ、送り速度を５ｍ／ｍｉｎ〜５０ｍ／ｍｉｎ、工具回
転数を２０，０００ｒｐｍ〜１００，０００ｒｐｍとす
るとよい。この除去工程の詳細については前記出願が詳
しい。
ムの照射経路と同様に予め三次元ＣＡＤデータから作成
する。この時、等高線加工を適用して加工経路を決定す
るが、Ｚ方向ピッチは焼結時の積層ピッチにこだわる必
要はなく、緩い傾斜の場合はＺ方向ピッチをより細かく
して補間することで、滑らかな表面を得られるようにし
てもよい。たとえば、切削加工を直径１ｍｍのボールエ
ンドミルで行う場合、切り込み量を０．１〜０．５ｍ
ｍ、送り速度を５ｍ／ｍｉｎ〜５０ｍ／ｍｉｎ、工具回
転数を２０，０００ｒｐｍ〜１００，０００ｒｐｍとす
るとよい。この除去工程の詳細については前記出願が詳
しい。
【００１９】このように除去手段４による除去作業を行
ったならば、それまでに積層した焼結層１１の固まりで
ある造形物の上部周囲に前述のように溝１２が生じる
が、除去工程の直後の次の粉末層１０の形成にあたり、
粉末材料の供給量を増やすことで上記溝１２を埋める。
材料供給テーブル１３の上昇量で粉末材料の供給量を決
定している場合、その上昇量を通常時よりも増やして粉
末材料の供給量を多くするのである。この結果、図１に
示すように溝１２を粉末材料で埋めてしまうとともに、
新しい粉末層１０を全面に形成することができる。な
お、粉末材料の供給量を多くした場合、ブレード２１の
移動速度を通常時の移動速度よりも遅くするのが好まし
い。溝１２を確実に埋めてしまうことができるからであ
る。
ったならば、それまでに積層した焼結層１１の固まりで
ある造形物の上部周囲に前述のように溝１２が生じる
が、除去工程の直後の次の粉末層１０の形成にあたり、
粉末材料の供給量を増やすことで上記溝１２を埋める。
材料供給テーブル１３の上昇量で粉末材料の供給量を決
定している場合、その上昇量を通常時よりも増やして粉
末材料の供給量を多くするのである。この結果、図１に
示すように溝１２を粉末材料で埋めてしまうとともに、
新しい粉末層１０を全面に形成することができる。な
お、粉末材料の供給量を多くした場合、ブレード２１の
移動速度を通常時の移動速度よりも遅くするのが好まし
い。溝１２を確実に埋めてしまうことができるからであ
る。
【００２０】粉末材料の供給量を増やすことは、たとえ
ば材料供給テーブル１３の上昇ピッチが固定である場合
などは通常時の一段上昇に代えて２段上昇させたり、図
４に示すように、粉末材料供給工程（材料供給テーブル
１３の上昇とブレード２１の移動）を複数回繰り返すこ
とで行えばよいが、上昇量を細かく制御することができ
る場合は、前段の除去工程で形成される溝１２の容積を
計算し、この容積分だけ粉末材料の供給量を増やすこと
ができるように上昇量を制御するのが好ましい。上記容
積は図３に示すように工具４４の経路長（切削長）ＣＬ
と工具径φ、加工ピッチｐ、工具４４の切り込み深さＤ
から計算することができる。粉末材料供給工程の繰り返
し回数（あるいは材料供給テーブル１３の上昇段数）を
溝１２の容積に応じて決定するようにしてもよいのはも
ちろんである。
ば材料供給テーブル１３の上昇ピッチが固定である場合
などは通常時の一段上昇に代えて２段上昇させたり、図
４に示すように、粉末材料供給工程（材料供給テーブル
１３の上昇とブレード２１の移動）を複数回繰り返すこ
とで行えばよいが、上昇量を細かく制御することができ
る場合は、前段の除去工程で形成される溝１２の容積を
計算し、この容積分だけ粉末材料の供給量を増やすこと
ができるように上昇量を制御するのが好ましい。上記容
積は図３に示すように工具４４の経路長（切削長）ＣＬ
と工具径φ、加工ピッチｐ、工具４４の切り込み深さＤ
から計算することができる。粉末材料供給工程の繰り返
し回数（あるいは材料供給テーブル１３の上昇段数）を
溝１２の容積に応じて決定するようにしてもよいのはも
ちろんである。
【００２１】このほか、除去工程直後の粉末層１０の形
成に際して、粉末層１０の表面状態を図５に示すように
監視手段５で監視し、平面になっていなければ粉末材料
の供給を再度行うようにしてもよい。粉末層１０の表面
状態の監視には、レーザーのライン光を当てた粉末層１
０の表面をカメラ５０によって斜め方向から撮像してこ
の撮像画像の画像処理で面状態を計測するレーザー切断
法を好適に用いることができる。平面であれば図６(a)
に示すようにレーザーラインＬＬが一直線になるのに対
して、溝１２が残っていたり表面全面が均されていない
時には図７(b)(c)に示すようにレーザーラインＬＬが溝
１２の部分でつながらなかったり斜めの線になったりす
ることを利用して、平面になっているかどうかを判別す
るのである。
成に際して、粉末層１０の表面状態を図５に示すように
監視手段５で監視し、平面になっていなければ粉末材料
の供給を再度行うようにしてもよい。粉末層１０の表面
状態の監視には、レーザーのライン光を当てた粉末層１
０の表面をカメラ５０によって斜め方向から撮像してこ
の撮像画像の画像処理で面状態を計測するレーザー切断
法を好適に用いることができる。平面であれば図６(a)
に示すようにレーザーラインＬＬが一直線になるのに対
して、溝１２が残っていたり表面全面が均されていない
時には図７(b)(c)に示すようにレーザーラインＬＬが溝
１２の部分でつながらなかったり斜めの線になったりす
ることを利用して、平面になっているかどうかを判別す
るのである。
【００２２】このほか、除去工程を切削で行っている場
合、図７(a)に示すように工具４４が押しのけた粉末１
６が溝１２の周辺に散らばっていることから、除去工程
の直後に造形タンク２５に対して図７(b)に示すように
振動を与えて、上面に散らばっていた粉末１６で溝１２
を埋めて表面を均した後、新しい粉末層１０を形成する
ようにしてもよい。この場合、昇降テーブル２０を備え
た造形タンク２５全体に振動を与える加振機９（図２参
照）を設置し、三次元形状造形物の製造装置の制御部の
制御下におけばよい。
合、図７(a)に示すように工具４４が押しのけた粉末１
６が溝１２の周辺に散らばっていることから、除去工程
の直後に造形タンク２５に対して図７(b)に示すように
振動を与えて、上面に散らばっていた粉末１６で溝１２
を埋めて表面を均した後、新しい粉末層１０を形成する
ようにしてもよい。この場合、昇降テーブル２０を備え
た造形タンク２５全体に振動を与える加振機９（図２参
照）を設置し、三次元形状造形物の製造装置の制御部の
制御下におけばよい。
【００２３】以上の各例では、切削で造形物の表面部の
除去を行うものについて説明したが、除去部分は造形物
の表面部に限るものではなく、造形の都合上、本来なら
ば不要である部分も造形しなくてはならない場合、この
不要部分の除去も行うものであってもよい。また、粉末
材料の供給を材料タンク１５からブレード２１によって
行うものを示したが、除去工程の直後の粉末材料の供給
量を多くすることができるものであれば、どのような形
態で粉末材料の供給を行うものであってもよい。
除去を行うものについて説明したが、除去部分は造形物
の表面部に限るものではなく、造形の都合上、本来なら
ば不要である部分も造形しなくてはならない場合、この
不要部分の除去も行うものであってもよい。また、粉末
材料の供給を材料タンク１５からブレード２１によって
行うものを示したが、除去工程の直後の粉末材料の供給
量を多くすることができるものであれば、どのような形
態で粉末材料の供給を行うものであってもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上のように本発明の三次元形状造形物
の製造方法は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層の
所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結す
ることで焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の
新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射して該当
個所の粉末を焼結することで下層の焼結層と一体になっ
た新たな焼結層を形成することを繰り返して、複数の焼
結層が積層一体化された粉末焼結部品を作成するにあた
り、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面
部及びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結
層の作成工程中に挿入することから、つまりは焼結層の
作成と造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を繰り
返し行うために、仕上げにドリル長などの制約を受ける
ことなく表面を仕上げることができるものであり、しか
も該除去工程の直後の粉末材料の新たな層の形成に際し
ての粉末材料の供給量を、除去に際しての切削長から増
量分を演算して該演算結果に基づいて増量することか
ら、該除去工程によって造形物の周囲に溝ができても粉
末材料が不足して次の焼結層に欠損部が生じたりするこ
とがなく、従って滑らかな表面の造形物を確実に得るこ
とができるものであり、殊に除去に際しての切削長から
増量分を演算し、該演算結果に基づいて増量を行うため
に、必要量だけ増量することができ、増量分が不足した
り多すぎたりすることがないものである。
の製造方法は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層の
所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結す
ることで焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の
新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射して該当
個所の粉末を焼結することで下層の焼結層と一体になっ
た新たな焼結層を形成することを繰り返して、複数の焼
結層が積層一体化された粉末焼結部品を作成するにあた
り、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面
部及びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結
層の作成工程中に挿入することから、つまりは焼結層の
作成と造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を繰り
返し行うために、仕上げにドリル長などの制約を受ける
ことなく表面を仕上げることができるものであり、しか
も該除去工程の直後の粉末材料の新たな層の形成に際し
ての粉末材料の供給量を、除去に際しての切削長から増
量分を演算して該演算結果に基づいて増量することか
ら、該除去工程によって造形物の周囲に溝ができても粉
末材料が不足して次の焼結層に欠損部が生じたりするこ
とがなく、従って滑らかな表面の造形物を確実に得るこ
とができるものであり、殊に除去に際しての切削長から
増量分を演算し、該演算結果に基づいて増量を行うため
に、必要量だけ増量することができ、増量分が不足した
り多すぎたりすることがないものである。
【００２５】
【００２６】また請求項２の発明では、除去に際しての
切削長から演算した増量分に基づいて決定した繰り返し
回数だけ粉末材料の供給被覆を繰り返して増量するため
に、やはり粉末の不足による欠損部の発生がない上に、
増量分が不足したり多すぎて無駄になってしまったりす
ることがないものである。
切削長から演算した増量分に基づいて決定した繰り返し
回数だけ粉末材料の供給被覆を繰り返して増量するため
に、やはり粉末の不足による欠損部の発生がない上に、
増量分が不足したり多すぎて無駄になってしまったりす
ることがないものである。
【００２７】また、請求項３の発明においては、粉末層
の表面状態を監視して該監視結果に基づいて決定される
繰り返し回数だけ粉末材料の供給被覆を繰り返して増量
するために、やはり粉末の不足による欠損部の発生がな
い上に、増量分が不足したり多すぎて無駄になってしま
ったりすることがないものである。
の表面状態を監視して該監視結果に基づいて決定される
繰り返し回数だけ粉末材料の供給被覆を繰り返して増量
するために、やはり粉末の不足による欠損部の発生がな
い上に、増量分が不足したり多すぎて無駄になってしま
ったりすることがないものである。
【００２８】
【００２９】そして本発明に係る三次元形状造形物の製
造装置は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層を形成
する粉末層形成手段と、上記粉末層の所定箇所に光ビー
ムを照射して該当個所の粉末を焼結して焼結層を形成す
る焼結層形成手段と、焼結層形成手段と焼結層との相対
距離を調整する調整手段とを備えるとともに、造形物の
表面部及びまたは不要部分の除去を行う除去手段と、粉
末層の表面状態を監視して監視結果に基づいて粉末材料
の供給を制御する監視手段とを備えているために、除去
工程によって造形物の周囲にできた溝を埋めて次の焼結
層に欠損部が生じることを防ぐことができ、滑らかな表
面の造形物を製造することができるとともに、粉末の不
足分を過不足なく補うことができる。
造装置は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層を形成
する粉末層形成手段と、上記粉末層の所定箇所に光ビー
ムを照射して該当個所の粉末を焼結して焼結層を形成す
る焼結層形成手段と、焼結層形成手段と焼結層との相対
距離を調整する調整手段とを備えるとともに、造形物の
表面部及びまたは不要部分の除去を行う除去手段と、粉
末層の表面状態を監視して監視結果に基づいて粉末材料
の供給を制御する監視手段とを備えているために、除去
工程によって造形物の周囲にできた溝を埋めて次の焼結
層に欠損部が生じることを防ぐことができ、滑らかな表
面の造形物を製造することができるとともに、粉末の不
足分を過不足なく補うことができる。
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態の一例に係る動作説明図で
ある。
ある。
【図２】同上の概略斜視図である。
【図３】同上の溝の容積の算出に関する説明図であっ
て、(a)は平面図、(b)(c)は断面図である。
て、(a)は平面図、(b)(c)は断面図である。
【図４】(a)(b)は他例における断面図である。
【図５】別の例の概略斜視図である。
【図６】(a)(b)(c)は同上の動作説明図である。
【図７】(a)(b)は他の例の断面図である。
【図８】基本となる製造方法についての説明図である。
【図９】同上の除去工程における断面図である。
【図１０】同上の粉末材料供給についての説明図であ
る。
る。
【図１１】同上の除去工程直後の粉末材料供給時の断面
図である。
図である。
Ｌ 光ビーム
４ 除去手段
１０ 粉末層
１１ 焼結層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 阿部 諭
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(72)発明者 峠山 裕彦
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(72)発明者 武南 正孝
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(72)発明者 上永 修士
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(72)発明者 吉田 徳雄
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(56)参考文献 特開2000−73108（ＪＰ，Ａ)
特開2002−115004（ＪＰ，Ａ)
特許3010312（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B29C 67/00
B22F 3/105
B22F 3/16
Claims (4)
- 【請求項１】 無機質あるいは有機質の粉末材料の層の
所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結す
ることで焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の
新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射して該当
個所の粉末を焼結することで下層の焼結層と一体になっ
た新たな焼結層を形成することを繰り返して、複数の焼
結層が積層一体化された粉末焼結部品を作成するにあた
り、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面
部及びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結
層の作成工程中に挿入するとともに、該除去工程の直後
の粉末材料の新たな層の形成に際しての粉末材料の供給
量を、除去に際しての切削長から増量分を演算して該演
算結果に基づいて増量することを特徴とする三次元形状
造形物の製造方法。 - 【請求項２】 無機質あるいは有機質の粉末材料の層の
所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結す
ることで焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の
新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射して該当
個所の粉末を焼結することで下層の焼結層と一体になっ
た新たな焼結層を形成することを繰り返して、複数の焼
結層が積層一体化された粉末焼結部品を作成するにあた
り、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面
部及びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結
層の作成工程中に挿入するとともに、該除去工程の直後
の粉末材料の新たな層の形成に際しての粉末材料の供給
量を、除去に際しての切削長から演算した増量分に基づ
いて決定した繰り返し回数だけ粉末材料の供給被覆を繰
り返して増量することを特徴とする三次元形状造形物の
製造方法。 - 【請求項３】 無機質あるいは有機質の粉末材料の層の
所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結す
ることで焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の
新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射して該当
個所の粉末を焼結することで下層の焼結層と一体になっ
た新たな焼結層を形成することを繰り返して、複数の焼
結層が積層一体化された粉末焼結部品を作成するにあた
り、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面
部及びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結
層の作成工程中に挿入するとともに、該除去工程の直後
の粉末材料の新たな層の形成に際しての粉末材料の供給
量を、粉末層の表面状態を 監視して該監視結果に基づい
て決定される繰り返し回数だけ粉末材料の供給被覆を繰
り返して増量することを特徴とする三次元形状造形物の
製造方法。 - 【請求項４】 無機質あるいは有機質の粉末材料の層を
形成する粉末層形成手段と、上記粉末層の所定箇所に光
ビームを照射して該当個所の粉末を焼結して焼結層を形
成する焼結層形成手段と、焼結層形成手段と焼結層との
相対距離を調整する調整手段とを備えるとともに、造形
物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う除去手段
と、粉末層の表面状態を監視して監視結果に基づいて粉
末材料の供給を制御する監視手段とを備えていることを
特徴とする三次元形状造形物の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001363732A JP3433745B2 (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 三次元形状造形物の製造方法及び製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001363732A JP3433745B2 (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 三次元形状造形物の製造方法及び製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003159755A JP2003159755A (ja) | 2003-06-03 |
| JP3433745B2 true JP3433745B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=19174030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001363732A Expired - Lifetime JP3433745B2 (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 三次元形状造形物の製造方法及び製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3433745B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102074159B1 (ko) * | 2019-02-13 | 2020-02-06 | 가부시키가이샤 마쓰우라 기카이 세이사쿠쇼 | 삼차원 조형물의 조형 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| EP1348506B1 (en) * | 2002-03-26 | 2010-07-28 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | Method of making sintered object by selective laser sintering |
| JP4130813B2 (ja) * | 2004-05-26 | 2008-08-06 | 松下電工株式会社 | 三次元形状造形物の製造装置及びその光ビーム照射位置及び加工位置の補正方法 |
| JP5776004B2 (ja) | 2011-03-17 | 2015-09-09 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物 |
| JP5751118B2 (ja) * | 2011-09-29 | 2015-07-22 | ブラザー工業株式会社 | 立体造形装置 |
| CN107073819B (zh) * | 2014-10-01 | 2020-09-25 | 松下知识产权经营株式会社 | 三维形状造型物的制造方法 |
| JP6481383B2 (ja) * | 2015-01-27 | 2019-03-13 | 株式会社リコー | 立体造形装置、立体造形物の生産方法、プログラム |
| EP3302936B1 (en) * | 2015-05-29 | 2018-11-14 | Philips Lighting Holding B.V. | 3d printing device and method |
| JP6458182B1 (ja) | 2018-03-19 | 2019-01-23 | 株式会社松浦機械製作所 | 三次元造形方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4400523C2 (de) * | 1994-01-11 | 1996-07-11 | Eos Electro Optical Syst | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts |
| JP3446618B2 (ja) * | 1998-08-26 | 2003-09-16 | 松下電工株式会社 | 金属粉末焼結部品の表面仕上げ方法 |
| JP3446733B2 (ja) * | 2000-10-05 | 2003-09-16 | 松下電工株式会社 | 三次元形状造形物の製造方法及びその装置 |
-
2001
- 2001-11-29 JP JP2001363732A patent/JP3433745B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102074159B1 (ko) * | 2019-02-13 | 2020-02-06 | 가부시키가이샤 마쓰우라 기카이 세이사쿠쇼 | 삼차원 조형물의 조형 방법 |
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|---|---|
| JP2003159755A (ja) | 2003-06-03 |
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